KR20120067950A

KR20120067950A - 전력망 지원 시스템 및 제어기

Info

Publication number: KR20120067950A
Application number: KR20110135372A
Authority: KR
Inventors: 니콜라스 더블유 밀러; 로버트 윌리엄 델메리코; 레이 알렌 월링; 에이나 바운 라센
Original assignee: 제너럴 일렉트릭 캄파니
Priority date: 2010-12-16
Filing date: 2011-12-15
Publication date: 2012-06-26
Also published as: CN102545251A; TWI544715B; EP2466713A2; US8405247B2; CN102545251B; US20120049629A1; JP5903259B2; TW201232987A; EP2466713B1; EP2466713A3; JP2012130243A

Abstract

전력망(102)에 연결된 전력망 지원 시스템(100)은 전력 전송 시스템(104)을 포함한다. 전력 전송 시스템은 적어도 하나의 인버터 기반 전력 발전 디바이스(106) 및 인버터 기반 전력 발전 디바이스에 연결된 전력 인버터 어셈블리(108)를 포함한다. 망 지원 시스템(100)은 전력 인버터 어셈블리에 작동적으로 연결된 적어도 하나의 프로세서(161)를 또한 포함한다. 프로세서는 전력 인버터 어셈블리에 적어도 하나의 신호(122/128/134/154)를 전송하도록 프로그램된다. 이러한 신호는 저전압 조건의 기간 중에 전력 내에 실제 전류 및 무효 전류 중 적어도 하나를 주입하는데 사용된다. 이러한 저전압 조건은 적어도 부분적으로는 결함-유도된 지연된 전압 복구(FIDVR)으로부터 발생한다. 프로세서는 적어도 하나의 전력망 조건 피드백 신호(113/115/117/146)의 함수로서 실제 전류 및 무효 전류를 변조하도록 또한 프로그램된다.

Description

전력망 지원 시스템 및 제어기{METHOD AND APPARATUS FOR CONTROL OF FAULT-INDUCED DELAYED VOLTAGE RECOVERY(FIDVR) WITH PHOTOVALTAIC AND OTHER INVERTER-BASED DEVICES}

본 명세서에 설명된 요지는 일반적으로 계통망(utility grid) 지원에 관한 것으로서, 더 구체적으로 광전지 디바이스(photovoltaic device)를 사용하여 계통망 상의 결함-유도된 지연된 전압 복구(fault-induced delayed voltage recovery: FIDVR)의 제어를 가능하게 하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

다수의 공지의 전기 계통망은 복수의 상호 접속된 공지의 송배전(T&D) 시스템을 포함한다. 다수의 이들 공지의 T&D 시스템은 예를 들어 변전소 위치와 같은 T&D 시스템 특징에 의해 지리학적으로 정의되는 복수의 상호 접속된 영역을 포함한다. 적어도 일부 공지의 T&D 영역에서, 공지의 유도 모터의 상당한 집중이 존재한다. 다수의 이들 공지의 유도 모터는 일정-토크 특징 및 저관성 특성을 갖는다. 이러한 일정-토크, 저관성 유도 모터의 예는 가정용 및 상업용 에어컨(A/C) 압축기 모터를 포함한다. 더욱이, 다수의 이들 공지의 가정용 A/C 압축기 모터는 부족전압(UV) 보호 없이 상업적으로 판매된다. 로컬 T&D 시스템의 주거 이웃 및 상업 영역 내로의 이러한 공지의 유도 모터의 상당한 보급은 결함-유도된 지연된 전압 복구(FIDVR) 이벤트에 대한 T&D 시스템의 취약성을 적어도 부분적으로 결정한다.

FIDVR 이벤트는 T&D 시스템의 적어도 하나의 부분 상에 발생하는 전기적 결함에 의해 개시되는 캐스케이딩(cascading) 이벤트이다. 이러한 전기적 결함은 통상적으로 대략적으로 3개의 사이클 내의 결함을 신속하게 격리하는 T&D 시스템의 결함-제거 특징을 자동으로 개시하지만, T&D 시스템의 영역의 전압은 결함이 제거된 후에 수 초 동안 상당히 감소된 레벨로 유지될 수 있다. 연장된 전압 강하의 기간은 통상적으로 감속되기 시작하고 전압 감소와 실질적으로 동시에 플럭스 붕괴를 갖는 일정한 토크 및 낮은 관성을 갖는 유도 모터 부하의 높은 집중에 의해 발생되고, 이들의 관련 부하 하에서 실속(stall)하도록 충분히 감속될 수 있다. 이들 유도 모터는 종종 "실속의 경향이 있는(stall-prone)" 유도 모터라 칭하고, 실속된 조건은 종종 "구속-회전자(locked-motor)" 조건이라 칭한다. 이들 유도 모터가 감속됨에 따라, 이들은 T&D 시스템으로부터 증가된 무효 전력(reactive power)을 드로우(draw)한다. 더욱이, 이러한 실속된 유도 모터는 구속-회전자 조건 중에 이들의 정상 상태 작동 전류의 대략 5 내지 6배를 필요로 한다. 그러나, 저전압 조건에서 증가된 전류는 모터를 실속 해제(unstall)하지 않을 수 있는데, 즉 회전자가 구속-회전자 조건으로부터 해제되지 않을 것이다.

T&D 시스템 상의 대량의 구속-회전자 전류 수요는 결함이 제거된 후에 통상적으로 수 초인 시간 기간 동안 T&D 시스템 전압이 상당히 낮게 유지되게 하여, 이에 의해 제 1 캐스케이딩 효과, 즉, 계통 전력망을 통해 더 연장될 수 있는 상호 접속된 T&D 시스템의 인접한 부분을 통한 캐스케이딩 전압 붕괴를 유도한다.

제 2 캐스케이딩 효과는 T&D 시스템의 이 부분에 연결된 전력 발전기 상의 실제 및 무효 전력 수요로의 응답을 포함한다. 전압이 충분히 길게 낮게 체류되면, 관련 발전기가 트립(trip)하거나 또는 대안적으로 과잉 여기 제한 디바이스가 무효 전력 발전을 제한하고 그리고/또는 감소시켜, 이에 의해 추가의 전압 감소 및 가능한 전시스템 전압 붕괴를 가능하게 한다.

제 3 캐스케이딩 효과는 이들이 일반적으로 3 내지 20초로 설정되는 역 시간-전류 특성을 갖고 열 보호 디바이스에 의해 서비스로부터 제거되도록 증가된 전류를 드로우하는 실속된 유도 모터를 포함한다. 이러한 짧은 시간 기간에 걸쳐 트립하는 보다 대형의 유도 모터와 소형의 유도 모터의 조합된 효과는 고전압 조건을 유도하는 전압 복구 오버슈트(overshoot)의 잠재적인 효과를 갖고 전술된 발전의 손실과 같은 상당한 부하 손실을 초래할 수 있다. 영향을 받은 영역의 크기에 따라, 관련 부하 감소는 수 킬로와트(kW)로부터 최대 수백 메가와트(MW)로 확장될 수 있다.

적어도 몇몇 공지의 T&D 시스템은 더 신속하게 결함을 제거하는 것을 가능하게 하는 개장 보호 시스템을 수용하도록 구성될 수 있지만, 3 사이클 정도 이내에 개시되는 FIDVR 이벤트가 방지되지 않을 것이다. 또한, 적어도 몇몇 공지의 T&D 시스템은 예를 들어 대형 캐패시터 뱅크와 같은 설치된 무효 전력 소스를 수용하도록 구성될 수 있다. 또한, 적어도 몇몇 공지의 T&D 시스템은 영향을 받는 T&D 시스템의 보다 작은 부분에 결함을 더 제한하도록 재분할될 수 있다. 그러나, 이들 2개의 잠재적인 해결책은 설계하고, 구성하고, 설치하는데 연장된 시간 기간을 필요로 하고, 일반적으로 FIDVR 이벤트를 완화하기에 충분하지 않을 수 있다. 이들은 또한 큰 물리적 푸트프린트, 상당한 자본 투자 및 장기 작동 및 유지 보수 비용을 필요로 한다. 더욱이, 적어도 몇몇 공지의 T&D 시스템은 일단 결함 조건이 검출되면 가능한 한 즉시 실속의 경향이 있는 부하를 트립하기 위해 개장 UV 부하 차단 체계를 수용하도록 구성될 수 있지만, 이러한 부하 차단 체계는 통상적으로 T&D 시스템의 몇몇 부분에 적어도 부분적인 전력 중단을 필요로 한다. 다른 잠재적인 장기 해결책은 UV 보호를 포함하는 A/C 유닛으로의 현존하는 실속의 경향이 있는 A/C 유닛의 유닛-레벨 교체의 촉진을 포함한다. 이 해결책은 구현하는데 수십년을 소요할 수 있고, 가정용 A/C 유닛에 대해 더 많이 지불해야 하는 상당한 대중의 반항에 부닥칠 수 있어, 이에 의해 실질적인 구현을 위한 시간 지평(time horizon)을 연장한다.

일 양태에서, 모터 실속 보정 시스템을 조립하는 방법이 제공된다. 방법은 전력 인버터 어셈블리에 인버터 기반 전력 발전 디바이스를 연결하는 단계를 포함한다. 방법은 적어도 하나의 유도 모터에 전력 인버터 어셈블리를 연결하는 단계를 더 포함한다. 방법은 전력 인버터 어셈블리에 적어도 하나의 제어기를 작동적으로 연결하는 단계를 더 포함한다. 제어기는 인버터 기반 전력 발전 디바이스로부터 전력 인버터 어셈블리로 전류를 전송하도록 프로그램된다. 제어기는 또한 전력 인버터 어셈블리로부터 유도 모터로 실제 전류 및 무효 전류를 전송하도록 프로그램된다. 제어기는 전력망 주파수 및 전력망 전압 중 적어도 하나의 함수로서 실제 전류 및 무효 전류를 변조하도록 더 프로그램된다.

다른 양태에서, 전력망 지원 시스템이 제공된다. 전력망 지원 시스템은 전력망의 부분에 연결된다. 전력망 지원 시스템은 적어도 하나의 인버터 기반 전력 발전 디바이스를 포함하는 전력 전송 시스템을 포함한다. 전력 전송 시스템은 인버터 기반 전력 발전 디바이스에 연결된 전력 인버터 어셈블리를 또한 포함한다. 전력망 지원 시스템은 전력 인버터 어셈블리에 작동적으로 연결된 적어도 하나의 프로세서를 또한 포함한다. 프로세서는 적어도 부분적으로는 결함-유도된 지연된 전압 복구(FIDVR)로부터 발생하는 저전압 조건의 기간 중에 전력망의 부분 내로 실제 전류 및 무효 전류 중 적어도 하나를 주입하기 위해 전력 인버터 어셈블리에 적어도 하나의 신호를 전송하도록 프로그램된다. 프로세서는 또한 적어도 하나의 전력망 조건 피드백 신호의 함수로서 실제 전류 및 무효 전류를 변조하도록 프로그램된다.

또 다른 양태에서, 전력망 상의 결함-유도된 지연된 전압 복구(FIDVR)의 제어를 가능하게 하는데 사용을 위한 제어기가 제공된다. 제어기는 전력망의 주파수 및 전력망의 전압 중 적어도 하나를 저장하도록 구성된 메모리 디바이스를 포함한다. 제어기는 메모리 디바이스에 연결된 프로세서를 또한 포함한다. 프로세서는 인버터 기반 전력 발전 디바이스로부터 전력 인버터 어셈블리로 전류를 전송하도록 프로그램된다. 프로세서는 전력 인버터 어셈블리로부터 전력망의 부분으로 실제 전류 및 무효 전류를 전송하도록 또한 프로그램된다. 제어기는 프로세서 및 전력 인버터 어셈블리에 연결된 통신 인터페이스를 더 포함한다. 통신 인터페이스는 전력망 주파수 및 전력망 전압 중 적어도 하나의 함수로서 실제 전류 및 무효 전류를 변조하기 위해 전력 인버터 어셈블리에 작동 조정을 전송하도록 구성된다.

도 1은 예시적인 전력망 지원 시스템의 개략도이다.
도 2는 도 1에 도시된 전력망 지원 시스템을 사용하여 시간의 함수로서 유도 모터의 예시적인 전압, 실제 전류, 무효 전류 및 속도의 복수의 그래프이다.
도 3은 전류 주입각의 함수로서 복수 시간의 그래프이다.
도 4는 도 1에 도시된 전력망 지원 시스템을 조립하는 예시적인 방법의 흐름도이다.

본 명세서에 설명된 실시예는 전력망 지원 시스템을 제공한다. 인버터 기반 결함-유도된 지연된 전압 복구(FIDVR) 시스템이 FIDVR 이벤트의 조기의 회피 또는 그로부터의 복구를 가능하게 하기 위해 전력망 상의 전압 강하의 정도 및 기간을 감소시키기 위해 전력망 지원 시스템의 하드웨어 및 소프트웨어에 구현된다. 본 명세서에 설명된 실시예는 에어컨(A/C) 압축기-구동 유도 모터에 근접하여 물리적으로 위치된 지붕형 가정용 태양광 패널과 같은 광전지(PV) 디바이스를 사용한다. 일 실시예에서, 망 지원 시스템은 실속 조건에 접근하는 유도 모터를 포함하는 구속-회전자 또는 실속된 조건으로부터 해제를 가능하게 하기 위해 실속된 유도 회전자 상에 충분한 토크를 제공하도록 망 내에 주입하기 위한 실제 전류 및 무효 전류의 최적의 양을 결정하기 위한 전력망 주파수 및 전력망 전압을 포함하는 입력을 사용한다. 다른 실시예에서, 망 지원 시스템은 PV 디바이스와 병렬로 전기적으로 연결된 추가의 인버터 기반 2차 전력 소스를 포함한다. 이러한 2차 전력 소스는 용량성 축전기, 배터리 축전기 및/또는 관성 축전기의 임의의 조합을 포함할 수 있어, 이에 의해 전력망 내로의 전류 주입을 증가시키고 그리고/또는 망 지원 시스템이 망 내에 전력을 주입하는 시간 기간을 연장시킨다. 추가의 실시예에서, 망 지원 시스템은 그 내에 구현된 더 복잡한 제어부와, 망 지원 시스템 전압, 전류, 온도, 외부 명령, 인공 지능, 인버터 및 그를 통해 전송되는 전류를 증가시키는 PV 디바이스 드라이브를 포함하는 추가의 입력 및 유도 모터 부하 조건을 포함한다.

전력망 지원 시스템 및 그 내에 구현된 인버터 기반, 예를 들어 PV FIDVR 시스템의 기술적 효과는 FIDVR 이벤트의 조기의 회피 및 복구를 가능하게 하기 위해 전력망 상의 전압 강하의 범위 및 기간을 감소시키는 것이다. 이러한 기술적 효과는 구속된 또는 실속된 조건으로부터 탈출하기 위해 실속된 유도 회전자 상에 충분한 토크를 제공하도록 망 내로 주입하기 위한 실제 전류 및 무효 전류의 최적의 양을 결정하기 위해 전력망 주파수 및 전력망 전압을 포함하는 입력에 의해 성취된다. 망 지원 시스템의 다른 기술적 효과는 국부화된 유도 모터 부하의 전압 지원을 증가시키고 이에 의해 망으로부터의 무효 전류 지원을 위한 요구를 감소시키는 것이다. 망 지원 시스템의 다른 기술적 효과는 시스템 전압 붕괴 및 발전기 보호 작용에 대한 여유를 증가시키는 것이다. 다른 기술적 효과는 더 큰 유도 모터 부하가 트립하게 유도하는 망 상의 연장된 전압 강하를 위한 잠재성을 감소시켜, 이에 의해 큰 전압 복구 오버슈트에 대한 잠재성을 감소시키는 것이다.

도 1은 본 명세서에서 망 지원 시스템(100)이라 상호 교환적으로 칭하는 예시적인 전력망 지원 시스템(100)의 개략도이다. 예시적인 실시예에서, 망 지원 시스템(100)은 모터 실속 보정 시스템이다. 대안적으로, 망 지원 시스템(100)은 본 명세서에 설명된 바와 같이 망 지원 시스템(100)의 작동을 가능하게 하는 임의의 망 조건에 대해 사용된다. 예시적인 실시예에서, 망 지원 시스템(100)은 전력망(102)에 전기적으로 연결된다. 전력망(102)은 적어도 하나의 국부화된 상호 접속된 송배전(T&D) 시스템(도시 생략)을 포함한다. 또한, 예시적인 실시예에서, 망 지원 시스템(100)은 인버터 기반, 즉 광전지(PV) 전력 전송 시스템(104)을 포함한다. 본 명세서에서 PV 전송 시스템(104)이라 상호 교환적으로 칭하는 PV 전력 전송 시스템(104)은 본 명세서에서 PV 발전 디바이스(106)라 상호 교환적으로 칭하는 PV 전력 발전 디바이스(106)와, 본 명세서에서 인버터 어셈블리(108)라 상호 교환적으로 칭하는 전력 인버터 어셈블리(108)를 포함한다. PV 발전 디바이스(106) 및 인버터 어셈블리(108)는 전기적으로 함께 연결되고, 인버터 어셈블리(108)는 전력망(102)에 전기적으로 연결된다. 대안적으로, 망 지원 시스템(100)은 축전 배터리(전기 차량 축전 배터리를 포함함) 및 용량성 축전기를 비한정적으로 포함하는 임의의 인버터 기반 발전 디바이스를 포함한다.

예시적인 실시예에서, PV 발전 디바이스(106)는 본 명세서에 설명된 바와 같이 망 지원 시스템(100)의 작동을 가능하게 하는 직류(DC) 전력을 발생시키기 위해 태양광 복사선에 의한 조사를 사용하는 임의의 광전지 디바이스이다. 예를 들어, PV 발전 디바이스(106)는 주택에 또한 위치된 에어컨(A/C) 압축기-구동 유도 모터(도시 생략)에 근접하여 물리적으로 위치된 지붕형 가정용 태양광 패널이다. 그러나, 망 지원 시스템(100)은 단일 유도 모터를 지원하는 것으로부터 전력망(102) 상에 임의의 크기 및 임의의 수의 유도 디바이스를 지원하는 것까지 상위로 크기 조절 가능하다. 일반적으로, 현존하는 가정용 시스템 태양광 패널-A/C 시스템에 가능하게 매립되는 망 지원 시스템(100)의 보다 소형의 실시예는 가정용 및 상업용 고객에 의한 수락 및 시스템(100)의 저비용의 대량 생산 및 설치를 가능하게 한다. 더욱이, 망 지원 시스템(100)의 보다 소형의 실시예는 영향을 받는 유도 모터 부하로의 시스템(100)의 근접을 가능하게 하여, 이에 의해 보다 신속한 응답을 가능하게 한다. 망 지원 시스템(100)의 효용성은 전력망(102)의 사전 결정된 부분의 단독운전(islanding)에 의해, 즉 국부화된 T&D 시스템의 특정 부분의 격리에 의해 더 가능하게 될 수 있어, 적어도 부분적인 국부화된 전압 지원이 가능하게 된다. 따라서, 본 명세서에 사용될 때, 전력 인버터 어셈블리(108)를 적어도 하나의 유도 모터에 연결하는 것은 망 지원 시스템(100)을 전력망(102) 상의 T&D 시스템의 국부화된 부분에 연결하는 것을 칭한다.

본 명세서에 사용될 때, 용어 "일사율(insolation)"은 소정의 시간에 소정의 표면 영역 상에 수용된 태양광 복사 에너지의 척도이다. 광전지의 경우에, 킬로와트 피크 정격당 1년당 킬로와트-시간(kW-h/(kWp-y)], 제곱미터당 와트(W/㎡) 또는 1일당 제곱미터당 킬로와트-시간(kW-h/(㎡-day)]의 단위로 평균 조도로서 통상적으로 표현된다. PV 발전 디바이스(106)는 본 명세서에 설명된 바와 같이 망 지원 시스템(100)의 작동을 가능하게 하는 임의의 전기 정격을 갖는다.

또한, 예시적인 실시예에서, 인버터 어셈블리(108)는 절연된 게이트 쌍극 트랜지스터(IGBT) 및 게이트 턴오프(GTO) 사이리스터(모두 도시 생략)를 비한정적으로 포함하는 점화 디바이스(도시 생략)로 DC 전력을 교류(AC) 전력으로 변환하는 임의의 전력 변환 디바이스이다. 또한, 예시적인 실시예에서, 인버터 어셈블리(108)는 4상 인버터이다. 이러한 4상 인버터는 포지티브 및 네거티브 전압 및 전류(도시 생략)에 의해 통상적으로 도식적으로 표현되는 모든 4개의 사분면에서 작동하도록 구성된다. 따라서, 인버터 어셈블리(108)는 그를 통한 4상 전력 흐름을 가능하게 한다. 대안적으로, 인버터 어셈블리(108)는 포지티브 실제 전류 및 포지티브 및/또는 네거티브 무효 전류를 전송하도록 구성된 2상 인버터 및 포지티브 실제 전류 및 포지티브 무효 전류를 전송하도록 구성된 단상 인버터를 비한정적으로 포함하는 본 명세서에 설명된 바와 같이 망 지원 시스템(100)의 작동을 가능하게 하는 임의의 전기 정격을 갖는 임의의 인버터 어셈블리가다. 더욱이, 본 명세서에 설명된 바와 같은 이러한 실제 전류 및 무효 전류의 최적의 주입은 전류 제어형 소스 체계 및 전압 제어형 소스 체계를 비한정적으로 포함하는 다양한 인버터 어셈블리 제어 체계 및 토폴로지에 의해 발생된다.

망 지원 시스템(100)은 PV 발전 디바이스(106)와 병렬로 인버터 어셈블리에 전기적으로 연결된 적어도 하나의 2차 전력 소스(110)(가상선으로 도시됨)를 포함할 수 있다. 2차 전력 발전 소스(110)는 용량 축전기, 배터리 충전기, 연료 전지 축전기 및 관성 축전기를 비한정적으로 포함하는 본 명세서에 설명된 바와 같이 망 지원 시스템(100)의 작동을 가능하게 하는 임의의 전력 발전 디바이스 및/또는 전력 축전 디바이스를 포함한다. 더욱이, 대안적으로, 이러한 2차 전력 발전 소스(110)는 전력망(102)의 배전부(도시 생략)에 연결을 위해 적합한 교류(AC) 디바이스를 포함할 수 있다. 이러한 AC 디바이스는 통상적으로 주택 및 소형 기업과 관련된 소형 가솔린 발전기, 소형 디젤 발전기 및 소형 풍력 발전기를 비한정적으로 포함할 수 있다. 이들 AC 디바이스는 또한 소스(110)로부터의 전력 입력이 인버터 어셈블리(108)와 호환성이 있도록 2차 전력 발전 소스(110)와 전력 인버터 어셈블리(108) 사이에 연결된 다이오드 정류기(도시 생략)와 같은 컨버터 디바이스를 포함할 수 있다. 더욱이, 이러한 가솔린, 디젤 및 풍력 발전기, 뿐만 아니라 이러한 용량성, 배터리, 연료 전지 및 관성 축전기는 더 큰 주택 및 대형 산업용 설비를 비한정적으로 포함하는 기업에 대해 크기 조절 가능하다.

2차 전력 소스(110)는 전력망(102) 내로의 전류 주입을 증가시키고 그리고/또는 망 지원 시스템(100)이 전력망(102) 내로 전류를 주입하는 시간 기간을 연장하도록 구성된다. 또한, 2차 전력 소스(110)는 본 명세서에 설명된 바와 같이 망 지원 시스템(100)의 작동을 가능하게 하는 임의의 전기 정격을 갖는다. 또한, 2차 전력 소스(110) 및 이들의 다수의 부가물이 망 지원 시스템(100)의 크기 조절 가능성을 가능하게 한다.

망 지원 시스템(100)은 전력망(102)에 연결된 적어도 하나의 전력망 전압 측정 디바이스(112)를 포함한다. 전력망 전압 측정 디바이스(112)는 전력망 전압 신호(113)를 생성하여 전송하고 전압 트랜스듀서를 비한정적으로 포함하는 본 명세서에 설명된 바와 같은 망 지원 시스템(100)의 작동을 가능하게 하는 임의의 디바이스이다. 망 지원 시스템(100)은 전력망(102)에 연결된 적어도 하나의 전력망 주파수 측정 디바이스(114)를 또한 포함한다. 전력망 주파수 측정 디바이스(114)는 전력망 주파수 신호(115)를 생성하여 전송하고 주파수 트랜스듀서를 비한정적으로 포함하는 본 명세서에 설명된 바와 같은 망 지원 시스템(100)의 작동을 가능하게 하는 임의의 디바이스이다.

망 지원 시스템(100)은 전력망(102)에 연결된 적어도 하나의 전력망 전류 측정 디바이스(116)(가상선으로 도시됨)를 포함할 수 있다. 전력망 전류 측정 디바이스(116)는 전력망 전류 신호(117)(가상선으로 도시됨)를 생성하고 전송하고 전류 트랜스듀서 및 변압기를 비한정적으로 포함하는 본 명세서에 설명된 바와 같은 망 지원 시스템(100)의 작동을 가능하게 하는 임의의 디바이스이다. 예시적인 실시예에서, 측정 디바이스(112, 114, 116)는 신호(113, 115, 117)를 생성하는 것을 가능하게 하기 위해 망 지원 시스템(100) 및 전력망(102)의 접합부(118)의 부분에 근접하여 위치되어, 국부화된 망 조건의 표시가 가능하게 되도록 한다. 대안적으로, 측정 디바이스(112, 114, 116)는 본 명세서에 설명된 바와 같이 망 지원 시스템(100)의 작동을 가능하게 하는 임의의 장소에 위치된다.

망 지원 시스템(100)은 PV 발전 디바이스(106)에 연결된 적어도 하나의 PV 전류 측정 디바이스(120)를 또한 포함한다. PV 전류 측정 디바이스(120)는 단방향성 전류(124)를 나타내는 PV 전류 신호(122)를 생성하여 전송하고 전류 트랜스듀서 및 변압기를 비한정적으로 포함하는 본 명세서에 설명된 바와 같은 망 지원 시스템(100)의 작동을 가능하게 하는 임의의 디바이스이다. 망 지원 시스템(100)은 2차 전력 소스(110)에 연결된 적어도 하나의 2차 전력 소스 전류 측정 디바이스(126)를 더 포함할 수 있다. 2차 전력 소스 전류 측정 디바이스(126)는 양방향성 전류(130)(가상선으로 도시됨)를 표현하는 2차 전력 소스 전류 신호(128)(가상선으로 도시됨)를 생성하고 전송하여 전류 트랜스듀서 및 변압기를 비한정적으로 포함하는 본 명세서에 설명된 바와 같은 망 지원 시스템(100)의 작동을 가능하게 하는 임의의 디바이스이다. 망 지원 시스템(100)은 인버터 어셈블리(108)에 연결된 적어도 하나의 인버터 전류 측정 디바이스(132)를 또한 포함한다. 인버터 전류 측정 디바이스(132)는 전류 트랜스듀서 및 변압기를 비한정적으로 포함하는 본 명세서에 설명된 바와 같은 망 지원 시스템(100)의 작동을 가능하게 하는 인버터 어셈블리 전류(136)를 나타내는 인버터 어셈블리 전류 신호(134)를 생성하여 전송하는 임의의 디바이스이다.

망 지원 시스템(100)은 송전망 사업자(도시 생략)와 망 지원 시스템(100) 사이의 2방향 통신 신호(142)(가상선으로 도시됨)의 전송을 가능하게 하는 전력망 통신 디바이스(140)(가상선으로 도시됨)를 포함할 수 있다. 이러한 통신 신호(142)는 원격 망 조건 및 사업자 선택된 시작 및 정지 명령을 비한정적으로 포함한다. 망 지원 시스템(100)은 예를 들어 이에 한정되는 것은 아니지만 대형 유도 모터와 소형 에어컨(A/C) 유도 모터의 뱅크와 같은 사전 결정된 유도 모터 부하와 망 지원 시스템(100) 사이의 유도 모터 부하 조건 신호(146)(가상선으로 도시됨)의 전송을 가능하게 하는 적어도 하나의 유도 모터 부하 통신 디바이스(144)(가상선으로 도시됨)를 또한 포함할 수 있다. 이러한 유도 모터 부하 조건 신호(146)는 모터의 온/오프 상태, 유도 모터의 회전자의 관성력 및 모터 권선에서 단자 전압을 비한정적으로 포함한다. 망 지원 시스템(100)은 임의의 외부 제어 디바이스로부터 망 지원 시스템(100)으로 외부 제어 신호(150)(가상선으로 도시됨)의 전송을 가능하게 하는 적어도 하나의 외부 제어 디바이스(148)(가상선으로 도시됨)를 더 포함할 수 있다. 이러한 외부 제어 신호(150)는 시스템 가능화 신호, 시스템 작동 신호 및 시스템 작동 차단 신호를 비한정적으로 포함한다. 망 지원 시스템(100)은 PV 발전 디바이스(106) 및 인버터 어셈블리(108)로부터 PV 전송 시스템 상태 신호(154)(가상선으로 도시됨)의 전송을 가능하게 하는 적어도 하나의 PV 전송 시스템 상태 디바이스(152)(가상선으로 도시됨)를 또한 포함할 수 있다. 이러한 PV 전송 시스템 상태 신호(154)는 PV 발전 디바이스(106) 내의 개별 PV 전지(도시 생략) 및 인버터 어셈블리(108) 내의 개별 점화 디바이스(도시 생략)의 전압 및 온도를 비한정적으로 포함한다.

예시적인 실시예에서, 망 지원 시스템(100)은 전력망 전압 신호(113), 전력망 주파수 신호(115), PV 전류 신호(122) 및 인버터 어셈블리 전류 신호(134)를 입력으로서 갖고 본 명세서에 설명된 바와 같이 작동하는 것이 완전히 가능하다. 이러한 제어 시스템 아키텍처는 모니터링되지 않는 유도 모터 부하를 제어하기 위해 1차 변수로서 전력망 주파수 및 전압을 사용하는 준 개방 루프 시스템(quasi-open loop system)을 정의한다. 추가의 도구가 전술된 바와 같이 본 명세서에 설명된 바와 같이 망 지원 시스템(100)의 작동을 보충하는데 사용될 수 있다.

예시적인 실시예에서, 망 지원 시스템(100)은 제어 알고리즘 및 제어 논리를 실행하도록 구성된 적어도 하나의 제어기(160) 또는 다른 프로세서를 포함한다. 제어기(160)는 적어도 하나의 프로세서(161), 프로세서(161)에 연결된 메모리 디바이스(162) 및 프로세서(161) 및 메모리 디바이스(162)에 연결된 통신 인터페이스(163)를 포함한다. 통신 인터페이스(163)는 적어도 하나의 프로세서 입력 채널 및 적어도 하나의 프로세서 출력 채널(각각 이하에 더 설명됨)에 연결된다. 본 명세서에 사용될 때, 용어 "프로세서"는 시스템 및 마이크로제어기를 포함하는 임의의 프로그램 가능 시스템, 축소 명령 세트 회로(RISC), 응용 특정 집적 회로(ASIC), 프로그램 가능 논리 회로 및 본 명세서에 설명된 기능을 실행하는 것이 가능한 임의의 다른 회로를 포함한다. 상기 예는 단지 예일 뿐이고, 따라서 용어 프로세서의 정의 및/또는 의미를 임의의 방식으로 한정하도록 의도된 것은 아니다. 더욱이, 본 명세서에 사용될 때, 용어 "프로세서"는 당 기술 분야에서 컴퓨터를 칭하는 집적 회로에 한정되는 것이 아니라, 광범위하게 마이크로제어기, 마이크로컴퓨터, 프로그램 가능 논리 제어기(PLC), 응용 특정 집적 회로 및 다른 프로그램 가능 회로를 칭하고, 이들 용어는 본 명세서에서 상호 교환적으로 사용된다.

본 명세서에 설명된 실시예에서, 메모리 디바이스(162)는 랜덤 액세스 메모리(RAM)와 같은 컴퓨터 판독 가능 메모리와, 플래시 메모리와 같은 컴퓨터 판독 가능 비휘발성 매체를 비한정적으로 포함할 수 있다. 대안적으로, 플로피 디스크, 콤팩트 디스크-판독 전용 메모리(CD-ROM), 자기-광학 디스크(MOD) 및/또는 디지털 다기능 디스크(DVD)가 또한 사용될 수 있다. 본 명세서에 설명된 실시예에서, 추가의 입력 채널은 마우스 및 키보드와 같은 조작자 인터페이스와 관련된 컴퓨터 주변 기기를 비한정적으로 포함할 수 있다. 대안적으로, 예를 들어 스캐너를 비한정적으로 포함할 수 있는 다른 컴퓨터 주변 기기가 또한 사용될 수 있다. 추가의 출력 채널은 조작자 인터페이스 모니터를 비한정적으로 포함할 수 있다. RAM 및 저장 디바이스는 프로세서에 의해 실행될 정보 및 명령을 저장하고 전송한다. RAM 및 저장 디바이스는 프로세서에 의해 명령의 실행 중에 프로세서에 일시적인 변수, 정적(즉, 비변경) 정보 및 명령 또는 다른 중간 정보를 저장하고 제공하는데 또한 사용될 수 있다. 실행되는 명령은 상주 보안 시스템 제어 명령을 비한정적으로 포함할 수 있다. 명령의 시퀀스의 실행은 하드웨어 회로 및 소프트웨어 명령의 임의의 특정 조합에 한정되는 것은 아니다.

프로세서(161)는 본 명세서에 설명된 바와 같이 통신 인터페이스(163)를 경유하여 복수의 전기 및 전자 구성 요소로부터 전송된 정보를 프로세싱한다. 이러한 정보는 전압 신호, 주파수 신호 및 전류 신호를 비한정적으로 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 제어기(160)는 PV 전송 시스템(104)에 근접하여 위치된다. 대안적으로, 제어기(160)는 PV 전송 시스템(104)으로부터 소정 거리에 위치된 원격 포위체(도시 생략) 내를 비한정적으로 포함하는 본 명세서에 설명된 바와 같이 망 지원 시스템(100)의 작동을 가능하게 하는 임의의 장소에 위치된다. 또한, 몇몇 실시예에서, 제어기(160)는 퍼스널 컴퓨터, 원격 서버, PLC, 분산형 제어 시스템(DCS) 캐비넷 및 휴대형 인터넷 가능화 디바이스 내에 상주하는 이들 프로세서를 비한정적으로 포함한다.

예시적인 실시예에서, 제어기(160)는 전력망 전압 측정 디바이스(112) 및 전력망 주파수 측정 디바이스(114)에 작동적으로 연결된다. 제어기(160)는 또한 전력망 전류 측정 디바이스(116), PV 전류 측정 디바이스(120), 2차 전력 소스 전류 측정 디바이스(126), 인버터 전류 측정 디바이스(132), 전력망 통신 디바이스(140), 유도 모터 부하 조건 통신 디바이스(144), 외부 제어 디바이스(148) 및 PV 전송 시스템 상태 디바이스(152)를 포함하는 추가의 디바이스에 작동적으로 연결될 수 있다.

또한, 예시적인 실시예에서, 프로세서(161)는 그 내에 프로그램된 적어도 2개의 기능 논리 블록을 포함한다. 제 1 기능 논리 블록(164)은 실제 및 무효 전류를 전력망(102) 내에 주입하는 것을 가능하게 하기 위해 전류 주입각을 결정하기 위한 충분한 프로그래밍을 포함한다. 제 2 기능 논리 블록(165)은 제 1 기능 논리 블록(164)에 작동적으로 연결되고, 적어도 부분적으로는 논리 블록(164)에 의해 결정된 전력 주입각의 함수로서 실제 및 무효 전류 주입값을 결정하기 위한 충분한 프로그래밍을 포함한다. 제 1 및 제 2 기능 논리 블록(164, 165)은 각각 이하에 더 설명되는 바와 같이 다양한 입력에 동적으로 응답하도록 프로그램된다.

제어기(160)의 통신 인터페이스(163)는 전압 측정 디바이스(112)로부터 전송된 전력망 전압 신호(113), 주파수 측정 디바이스(114)로부터 전송된 전력망 주파수 신호(115), PV 전류 측정 디바이스(120)로부터 전송된 PV 전류 신호(122) 및 인버터 전류 측정 디바이스(132)로부터 전송된 인버터 어셈블리 전류 신호(134)를 비한정적으로 포함하는 입력 신호를 수신한다. 신호(113, 115, 122, 134)는 통신 인터페이스(163)로부터 메모리 디바이스(162)로 전송되고, 이러한 신호들은 그 내부에 적어도 일시적으로 저장된다. 신호(113, 115, 122, 134)는 메모리 디바이스(162)로부터 프로세서(161)의 제 1 기능 논리 블록(164)으로 전송된다. 제 1 기능 논리 블록(164)은 총 전류 수요 신호(166) 및 전력 주입각 신호(168)를 비한정적으로 포함하는 복수의 신호를 결정한다. 총 전류 수요 신호(166)는 망 지원 시스템(100)이 캐스케이딩 FIDVR 이벤트를 생성할 수 있는 전력망 과도 전압으로부터 적어도 부분적인 복구를 가능하게 하기 위해 전력망(102) 내로 주입되도록 요구되는 총 전력 전류값을 표현한다. 전력 주입각 신호(168)는 실제 전력 전류 수요 및 무효 전류 수요로의 총 전류 수요의 배분을 나타낸다. 따라서, 제 1 및 제 2 기능 논리 블록(164, 165)의 각각 및 프로세서(161) 내의 임의의 다른 프로그래밍은 망 지원 시스템(100) 내의 광전지(PV) 결함-유도된 지연된 전압 복구(FIDVR) 시스템의 구현예를 나타낸다.

총 전류 수요 신호(166) 및 전력 주입각 신호(168)는 실제 전류 주입 신호(170) 및 무효 전류 주입 신호(172)를 결정하는 제 2 기능 논리 블록(165)에 의해 수용된다. 실제 전류 주입 신호(170) 및 무효 전류 주입 신호(172)는 통신 인터페이스(163)를 경유하여 인버터 어셈블리(108)에 전송된다. 인버터 어셈블리(108)는 실제 전류 주입 신호(170) 및 무효 전류 주입 신호(172)의 함수로서 접합부(118)에서 무효 전류 주입 및 실제 전류 주입(모두 도시 생략)을 전력망(102)으로 변조한다. 통상적으로, 속도(3 사이클 정도의 빠르기) 및 망 과도 부족전압의 원하는 간략화 및 FIDVR 이벤트를 회피하기 위한 요구에 기인하여, 총 전류 수요 신호(166)는 관련 점화 디바이스 및 태양광 전지(모두 도시 생략) 각각의 전류 정격 및 온도 정격을 비한정적으로 포함하는 인버터 어셈블리(108) 및 PV 발전 디바이스(106)의 사전 결정된 정격 파라미터의 함수이다. 전술된 것들에 한정되지 않는 이러한 장비 정격 파라미터는 프로세서(161) 내에 프로그램된다. 따라서, 예시적인 실시예에서, 인버터 어셈블리(108)는 통상적으로 PV 발전 디바이스(106)에 의해 발생된 DC 전류를 교류 전류(AC), 즉 인버터 어셈블리(108) 및 PV 발전 디바이스(106)의 최대 전류 파라미터 또는 그 부근에 있는 전류값에서 인버터 어셈블리 전류(136)로 변환하고 PV 발전 디바이스(106) 내에 일시적으로 저장하도록 명령된다. 또한, 예시적인 실시예에서, 인버터 어셈블리 전류(136)는 전력 주입각 신호(168)의 함수로서 분배된 실제 전류 및 무효 전류를 포함한다. 더욱이, 예시적인 실시예에서, 전력 주입각 신호(168)는 인버터 어셈블리 전류(136)의 실제 전류 및 무효 전류 성분(도시 생략)의 분배를 변조하기 위해 시간의 함수로서 변조된다.

망 지원 시스템(100)의 적어도 몇몇 실시예는 PV 발전 디바이스(106) 내의 개별 PV 전지(도시 생략)의 전압을 비한정적으로 포함하는 PV 발전 시스템 상태 디바이스(152)로부터 PV 전송 시스템 상태 신호(154)를 수신하기 위해 충분한 프로그래밍을 포함한다. 게다가, 이러한 망 지원 시스템(100)의 실시예는 명령된 인버터 어셈블리 전류(136)가 망 전압 복구를 지원하기에 충분하도록 개별 PV 전지의 저전압 정격에 사전 결정된 여유를 유지하는 것을 가능하게 하기 위해 인버터 어셈블리 전류(136)를 변조하기 위해 충분한 프로그래밍을 포함한다. 더욱이, 망 지원 시스템(100)의 몇몇 실시예는 또한 PV 전력 전송 시스템(104)의 작동의 "오버드라이브 모드"를 가능하게 하기 위해 충분한 프로그래밍을 포함한다. 이러한 오버드라이브 모드는 사전 결정된 시간 기간 동안 비한정적으로 사전 결정된 전압 파라미터 및 온도 파라미터의 함수로서 결정된 이들 전류 파라미터를 초과하여 명령된 주입 전류를 생성하기 위해 PV 발전 디바이스(106) 및 전력 인버터 어셈블리(108)를 구동하는 것을 가능하게 한다. 이러한 오버드라이브 모드 특징은 인버터 어셈블리(108) 및 2차 전력 소스(110)를 비한정적으로 포함하는 망 지원 시스템(100)의 다른 구성 요소를 포함하도록 확장될 수 있다.

또한, 망 지원 시스템(100)의 적어도 몇몇 실시예는 격리를 통해 생성된 전력에 추가하여 개별 PV 전지 내에 상주하는 잠재 에너지를 사용하여 전력을 생성하기 위해 프로세서(161) 내의 충분한 프로그래밍 및 적절하게 선택된 PV 전지 아키텍처 및 재료를 포함한다. 이러한 후격리 발전은 예를 들어 이하에 더 설명되는 바와 같이 인버터 어셈블리(108) 내의 점화 디바이스의 스위칭 주파수를 제어하는 것과 같은 본 명세서에 설명된 바와 같은 망 지원 시스템의 작동을 가능하게 하고 가능하게 하기 위해 표준 PV 생성 및 더 신종의 방법을 경유하여 망 지원 시스템(100)으로부터 전력의 단기 추출을 가능하게 한다.

또한, 망 지원 시스템(100)의 적어도 몇몇 실시예는 PV 발전 디바이스(106)와 병렬로, 또는 그 대신에 2차 전력 소스(110)의 작동을 가능하게 하기 위해 프로세서(161) 내에 충분한 프로그래밍을 포함하다. 이러한 실시예에서, 2차 전력 소스 전류(130)의 제어는 망 전압 복구 노력의 더 적극적인 및/또는 효과적인 제어를 포함하는 PV 발전 디바이스(106) 및 인버터 어셈블리(108)에 대해 전술된 것과 실질적으로 유사하다.

더욱이, 망 지원 시스템(100)의 적어도 몇몇 실시예는 송전망 사업자와 망 지원 시스템(100) 사이의 2방향 통신 신호(142)의 전송을 가능하게 하기 위해 프로세서(161) 내에 충분한 프로그래밍을 포함한다. 이러한 통신 신호(142)는 원격 망 조건 및 로컬 사업자가 선택된 시작 및 정지 명령을 비한정적으로 포함한다. 예를 들어, 원격 송전망 사업자는 계류중인 결함 유도된 전력망 과도 전압의 통지를 가질 수 있고, 원격 송전망 사업자가 통신 신호(142)를 통해 상태의 변화를 모니터링할 수 있는 준비 상태로 망 지원 시스템(100)을 명령하도록 로컬 사업자에게 요청할 수 있다.

또한, 망 지원 시스템(100)의 적어도 몇몇 실시예는 예를 들어 이에 한정되는 것은 아니지만 대형 유도 모터와 소형 에어컨(A/C) 유도 모터의 뱅크와 같은 사전 결정된 유도 모터 부하와 망 지원 시스템(100) 사이의 유도 모터 부하 조건 신호(146)의 전송을 가능하게 하기 위해 프로세서(161) 내에 충분한 프로그래밍을 포함할 수 있다. 이러한 유도 모터 부하 조건 신호(146)는 모터의 오프/온 상태 및 모터 권선에서 단자 전압을 비한정적으로 포함한다. 예를 들어, 망 지원 시스템(100)의 이러한 실시예는 접합부(118)가 지리학적으로 영향을 받는 유도 모터 부근에 있도록 전력망(102)에 전기적으로 연결될 수 있다. 근접은 사전 결정된 유도 모터 부하를 모니터링하고 그에 전압 복구 지원을 제공하기 위해 망 지원 시스템(100)의 이러한 실시예를 가능하게 한다. 망 지원 시스템(100)의 이러한 실시예의 적어도 일부는 그 단자 전압 이외의 변수를 모니터링하기 위해 사전 결정된 유도 모터 부하에서 충분한 디바이스를 포함한다. 예를 들어, 비한정적으로, 이러한 디바이스는 전류 모니터링, 모터 회전자 관성 부하력 모니터링 및 모터 실속에 대한 잠재성을 감소시키는 것을 가능하게 하는 유도 모터의 슬립 모니터링을 포함한다. 또한, 예를 들어 유도 모터 회전자 관성 상의 힘이 회전자의 실속 해제 및 회전자의 실속 방지 중 적어도 하나를 가능하게 하도록 유도될 수 있다. 본 명세서에 사용될 때, 용어 "실속 해제" 및 "실속 해제하는"은 본 명세서에 설명된 바와 같은 구속-회전자 조건으로부터 회전자를 해제하는 것을 칭한다. 또한, 본 명세서에 사용될 때, 용어 "관성력"은 고정자 대 회전자 공기 간극 유도력을 비한정적으로 포함하는 회전자의 관성에 작용하는 이들 힘을 칭한다.

또한, 망 지원 시스템(100)의 적어도 몇몇 실시예는 임의의 외부 제어 디바이스로부터 망 지원 시스템(100)으로의 외부 제어 신호(150)의 전송을 가능하게 하기 위해 프로세서(161) 내에 충분한 프로그래밍을 포함한다. 이러한 외부 제어 신호(150)는 시스템 가능화 신호, 시스템 작동 신호 및 시스템 작동 차단 신호를 비한정적으로 포함한다. 예를 들어, 복수의 망 지원 시스템(100)이 서로에 대해 지리학적으로 위치될 수 있어, 몇몇 망 지원 시스템(100)이 대기 조건으로 가능화될 수 있고, 몇몇 망 지원 시스템(100)이 서비스로 배치될 수 있고, 몇몇 망 지원 시스템(100)이 예를 들어 유지 보수 활동과 같은 각각의 특정 망 지원 시스템(100)에 격리된 기술적인 이유에 기인하여 작동으로부터 차단될 수 있다.

더욱이, 망 지원 시스템(100)의 적어도 몇몇 실시예는 유도 모터 슬립 조건을 비한정적으로 포함하는 제어기(160)로의 특정 입력 신호를 나타내는 프록시 신호(도시 생략)의 생성을 가능하게 하기 위해 프로세서(161) 내에 충분한 프로그래밍을 포함한다. 또한, 망 지원 시스템(100)의 적어도 몇몇 실시예는 특정 망 및/또는 시스템 조건에 대한 특정 제어 응답을 가능하게 하기 위해 망 지원 시스템(100)의 특정 조절을 가능하게 하는 인공 지능 특징 및/또는 자체 학습의 사용을 가능하게 하기 위해 프로세서(161) 내에 충분한 프로그래밍을 포함한다. 예를 들어, 망 지원 시스템(100) 내의 다양한 구성 요소의 이력 특성 및 관련 유도 모터 부하는 사전 결정된 다양한 입력으로의 사전 결정된 응답 지체 또는 지연에 기인하여 적어도 단기 메모리 메커니즘을 가능하게 한다. 이러한 이력 특성은 예를 들어 모터에서의 단자 전압과 같은 독립 변수가 증가하는지 또는 감소하는지 여부에 따라 상이한 값을 표시하기 위해, 유도 모터 내의 회전자 토크와 같은 종속 변수를 생성한다. 효과는 독립 변수, 즉 단자 전압의 현재값 뿐만 아니라, 종속 변수의 이전의 값에 의존하여, 이에 의해 독립 변수 상에 종속 변수, 즉 회전자 토크의 이력 의존성을 유도한다.

또한, 망 지원 시스템(100)의 적어도 몇몇 실시예는 예를 들어 인버터 어셈블리(108) 내의 IGBT와 같은 점화 디바이스의 스위칭 주파수를 제어하는 것을 가능하게 하기 위해 프로세서(161) 내에 충분한 프로그래밍을 포함한다. 저주파수에서의 스위칭은 60 헤르츠(Hz) 이외의 주파수에서 전기 고조파를 증가시키는 경향이 있을 수 있다. 그러나, 인버터 어셈블리(108)의 스위칭 주파수를 감소시키는 것은 더 큰 기본 주파수 전류값, 즉 60 Hz에서 실제 및 무효 전류 신호를 가능하게 한다. 더욱이, 더 높은 주파수에서 스위칭은 그 내의 열 발생의 속도를 증가시키는 경향이 있고, 적어도 짧은 시간 기간 동안의 더 낮은 주파수에서의 스위칭은 망 지원 시스템(100)으로부터 주입된 총 전류를 증가시키면서 점화 디바이스 내의 열 발생을 감소시키는 것을 가능하게 한다.

도 2는 망 지원 시스템(100)(도 1에 도시됨)을 사용하는 시간의 함수로서 유도 모터(도시 생략)의 예시적인 전압, 실제 전류, 무효 전류 및 속도의 복수의 그래프(200)이다.

일반적으로, 유도 모터 회전자 상의 유도된 토크는 회전자와 고정자 사이에 연장하는 공기 간극 내의 생성된 전력에 비례한다. 또한, 유도된 토크는 시스템 주파수에 반비례한다. 또한, 생성된 공기 간극 전력은 고정자 전류의 제곱에 비례하고 모터 슬립에 반비례한다. 따라서, 일반적으로, 본 명세서에 설명된 바와 같이 유도 모터가 실속하는 것을 방지하고 유도 모터를 실속 해제하기 위해, 슬립이 상당히 변경될 수 있고 시스템 주파수는 가능하게는 거의 변하지 않을 수 있기 때문에, 모터 고정자 권선에 주입된 전류의 양을 증가시키는 것이 통상적으로 사용된 방법이다. 더욱이, 개별 전류 주입 디바이스, 예를 들어 망 지원 시스템(100)은 모터를 실속 해제하기 위해 충분한 전류를 주입하는데 사용될 수 있다. 또한, 일반적으로, 디바이스에 의해 주입된 전류의 값이 클수록, 모터 실속을 회피하거나 보정하는 가능성이 커진다. 또한, 일반적으로, 모터 고정자에 전송된 총 전류는 전력망에 의해 공급된 전류 및 디바이스에 의해 주입된 전류의 합이다. 더욱이, 모터 권선 임피던스를 비한정적으로 포함하는 시스템 등가 임피던스를 구성하는 결정된 리액턴스는 기본 시스템 주파수, 즉 50 Hz 또는 60 Hz의 함수이다.

따라서, 모터 고정자 내로 전송된 총 전류는 모터 슬립, 모터 고정자 단자 전압, 주입 디바이스, 즉 망 지원 시스템(100)에 의해 주입된 전류, 50 Hz 또는 60 Hz로부터의 시스템 주파수의 편차 및 실제 및 무효 전류 구성 요소 내로의 주입된 전류의 배분, 즉 전류 주입각을 포함하는 변수의 함수이다. 제어가 곤란한 변수는 모터 고정자 단자 전압(주로 망에 의해 결정됨), 모터 슬립(적어도 부분적으로는 전력망 주파수 및 모터 회전자 관성에 의해 결정됨), 전력망 주파수 및 망에 의해 공급된 실제 및 무효 전류를 포함한다. 제어가 가능한 변수는 주입 전류(136) 및 관련 전류 주입각이다.

예시적인 실시예에서, 망 지원 시스템(100)은 전부하 유도 모터 고정자(도시 생략)의 정격 전류 드로우의 대략 33%인 값에서 인버터 어셈블리 전류(136)(도 1에 도시됨)를 주입하도록 정격화된다. 일반적으로, 각각의 그래프(200)는 단지 무효 전류만이 주입된 응답을 나타내기 위해 실선을, 단지 실제 전류만이 주입된 응답을 나타내기 위해 쇄선/점선을, 실제 및 무효 전류가 주입된 응답을 나타내기 위해 쇄선을 사용한다.

그래프(200)는 또한 전력망 과도 전압/전류 주입 이벤트 중에 시간의 함수로서 모터 단자 전압을 표현하는 제 1 그래프(202)를 추가로 포함한다. 그래프(202)는 10%의 증분으로 0.0%로부터 150%로 연장하는 퍼센트(%)의 단위의 단자 전압을 표현하는 y축(204)을 포함한다. 그래프(202)는 0.2초의 증분으로 0으로부터 2초로 연장하는 초 단위의 시간을 표현하는 x축(206)을 또한 포함한다. 그래프(202)는 무효 전류 곡선(208), 실제 전류 곡선(210) 및 실제 및 무효 전류 곡선(212)을 더 포함한다. 예시적인 실시예에서, 실제 전류와 무효 전류의 조합이 사용되는 이들 경우에, 45°의 일정한 전류 주입각이 총 주입된 전류, 즉 인버터 어셈블리 전류(136)의 71%로 실제 및 무효 전류의 각각을 배분하도록 선택된다. 일정한 전류 주입각의 사용은 예시적인 목적으로 선택된다. 그러나, 망 지원 시스템(100)은 비한정적으로 전력망 전압, 전력망 주파수 및 모터 슬립과 같은 측정된 조건의 함수로서 전류 주입각을 변경하도록 구성된다.

그래프(200)는 또한 전력망 과도 전압/전류 주입 이벤트 중에 시간의 함수로서 모터 속도를 표현하는 제 2 그래프(214)를 또한 포함한다. 그래프(214)는 10%의 증분으로 85%로부터 100%로 연장하는 퍼센트(%)의 단위의 모터 속도를 표현하는 y축(216)을 포함한다. 그래프(214)는 x축(206)을 또한 포함한다. 그래프(214)는 무효 전류 곡선(218), 실제 전류 곡선(220) 및 실제 및 무효 전류 곡선(222)을 더 포함한다.

그래프(200)는 또한 전력망 과도 전압/전류 주입 이벤트 중에 시간의 함수로서 모터 무효 전류 드로우를 표현하는 제 3 그래프(224)를 추가로 포함한다. 그래프(224)는 20%의 증분으로 0%로부터 200%로 연장하는 퍼센트(%)의 단위의 무효 전류 드로우를 표현하는 y축(226)을 포함한다. 그래프(224)는 x축(206)을 또한 포함한다. 그래프(224)는 무효 전류 곡선(228), 실제 전류 곡선(230) 및 실제 및 무효 전류 곡선(232)을 더 포함한다.

그래프(200)는 또한 전력망 과도 전압/전류 주입 이벤트 중에 시간의 함수로서 모터 실제 전류 드로우를 표현하는 제 4 그래프(234)를 또한 포함한다. 그래프(234)는 20%의 증분으로 0%로부터 200%로 연장하는 퍼센트(%)의 단위의 실제 전류 드로우를 표현하는 y축(236)을 포함한다. 그래프(234)는 x축(206)을 또한 포함한다. 그래프(234)는 무효 전류 곡선(238), 실제 전류 곡선(240) 및 실제 및 무효 전류 곡선(242)을 더 포함한다.

그래프(200)는 또한 전력망 과도 전압/전류 주입 이벤트 중에 시간의 함수로서 PV 인버터 무효 전류 주입을 표현하는 제 5 그래프(244)를 또한 포함한다. 그래프(244)는 10%의 증분으로 -20%로부터 40%로 연장하는 퍼센트(%)의 단위의 PV 인버터 무효 전류 주입을 표현하는 y축(246)을 포함한다. 그래프(244)는 x축(206)을 또한 포함한다. 그래프(244)는 무효 전류 곡선(248), 실제 전류 곡선(250) 및 실제 및 무효 전류 곡선(252)을 더 포함한다. 실제 전류 곡선(250)은 단지 무효 전류가 인버터 어셈블리(108)로부터 주입되기 때문에 대략 0.0에서 유지된다.

그래프(200)는 또한 전력망 과도 전압/전류 주입 이벤트 중에 시간의 함수로서 PV 인버터 실제 전류 주입을 표현하는 제 6 그래프(254)를 또한 포함한다. 그래프(254)는 10%의 증분으로 -20%로부터 40%로 연장하는 퍼센트(%)의 단위의 PV 인버터 실제 전류 주입을 표현하는 y축(246)을 포함한다. 그래프(254)는 x축(206)을 또한 포함한다. 그래프(254)는 무효 전류 곡선(258), 실제 전류 곡선(260) 및 실제 및 무효 전류 곡선(262)을 더 포함한다. 무효 전류 곡선(260)은 단지 실제 전류가 인버터 어셈블리(108)로부터 주입되기 때문에 대략 0.0에서 유지된다.

예시적인 실시예에서, 전력망(102)(도 1에 도시됨)은 대략 0.2초에 정격 전압의 대략 100%로부터 정격 전압의 대략 5%로 결함-유도된 전압 강하를 경험한다. 모터는 전체 과도 중에 전부하 상태로 유지된다. 전력망 전압은 대략 0.25 내지 0.3초에서 복구되기 시작하지만, 전력망 전압 복구는 유도 모터 부하의 실속에 기인하여 감속된다. 이러한 관련 모터의 실속은 대략 87%로의 정격 속도의 감소로서 제 2 그래프(214)에, 제 3 그래프(224)에 나타낸 바와 같이 정격의 대략 180%로 무효 전류 드로우의 증가 및 제 4 그래프(234)에 나타낸 바와 같이 정격의 대략 40%로의 실제 전류 드로우의 감소가 지시되어 있다. 더욱이, 망 지원 시스템(100)은 그래프(244, 254)에 나타낸 바와 같이 대략 0.25 내지 0.3초에 전류 주입을 개시한다.

예시적인 실시예에서, 단지 무효 전류만이 망 지원 시스템(100)에 의해 주입되는 경우에, 모터 단자 전압 곡선(208)은 대략 0.8초에서 완전 복구를 나타내고, 곡선(218, 228, 238)에 의해 더 나타낸다. 곡선(248)은 무효 전류 주입이 망 지원 시스템(100)을 위한 정격의 100%인 모터 정격의 대략 33%로 증가하는 것을 나타낸다. 곡선(248)에 나타낸 바와 같이, 망 지원 시스템(100)에 의한 무효 전류의 주입은 대략 0.8초에서 망 복구시에 감소하고, 망 지원 시스템(100)은 대략 0.9초 내지 대략 1.5초에 무효 전류를 수용한다.

또한, 예시적인 실시예에서, 단지 실제 전류만이 망 지원 시스템(100)에 의해 주입되는 경우에, 모터 단자 전압 곡선(210)은 대략 0.95초에서 완전한 복구를 나타내고, 곡선(220, 230, 240)에 의해 더 나타낸다. 곡선(260)은 실제 전류 주입이 망 지원 시스템(100)을 위한 정격의 100%인 모터 정격의 대략 33%로 증가하는 것을 나타낸다. 곡선(260)에 나타낸 바와 같이, 망 지원 시스템(100)에 의한 실제 전류의 주입은 대략 0.8초에서 망 복구시에 감소하고, 망 지원 시스템(100)은 대략 1.05초 내지 대략 1.5초에 실제 전류를 수용한다.

또한, 예시적인 실시예에서, 실제 전류 및 무효 전류가 대략 45°의 전류 주입각을 갖고 망 지원 시스템(100)에 의해 주입되는 경우에, 모터 단자 전압 곡선(212)은 대략 0.6초에서 완전 복구를 나타내고 곡선(222, 232, 242)에 의해 더 도시된다. 곡선(252, 262)은 모두 실제 전류 및 무효 전류 주입이 망 지원 시스템(100)을 위한 정격의 대략 71%인 모터 정격의 대략 23.5%로 증가하는 것을 나타낸다. 곡선(252, 262)에 나타낸 바와 같이, 망 지원 시스템(100)에 의한 실제 전류 및 무효 전류의 주입은 대략 0.6초에서 망 복구시에 감소하고, 망 지원 시스템(100)은 대략 0.85초 내지 대략 1.3초에 실제 전류 및 무효 전류를 수용한다.

따라서, 실제 전류 및 무효 전류의 모두의 주입은 동시에 복구 시간을 감소시키고, 망 지원 시스템(100)으로부터 주입된 전류를 감소시키고, 망 지원 시스템(100) 내의 정격 파라미터에 대한 여유를 증가시키고, 망 복구 시스템(100) 내로 전송된 복구후 오버슈트 및 전류를 감소시킨다.

도 3은 전류 주입각의 함수로서 복구 시간의 그래프(300)이다. 그래프(300)는 복구 시간이 초 단위이고 0.0초로부터 1.0초로 연장하는 0.2 초의 증분을 표현하는 y축(302)을 포함한다. 그래프(300)는 도(°)의 단위의 전류 주입각 및 0°로부터 100°로 연장하는 20°의 증분을 표현하는 x축(304)을 또한 포함한다. 그래프(300)는 33% 모터 정격 곡선(306)을 더 포함하는데, 즉 망 지원 시스템(100)은 관련된 유도 모터 부하의 대략 33%로 정격화된다. 곡선(306)은 대략 35°의 전류 주입각에 위치된 최저값 또는 자취(308) 및 대략 0.35초의 복구 시간을 갖는 실질적으로 포물선이다. 그래프(300)는 20% 모터 정격 곡선(310)을 또한 포함하는데, 즉 망 지원 시스템(100)이 관련된 유도 모터 부하의 대략 20%에 대해 정격화된다. 곡선(310)은 대략 47°의 전류 주입각에 위치된 최저값 또는 자취(312) 및 대략 0.65초의 복구 시간을 갖는 실질적으로 포물선이다. 곡선(300)은 자취(308, 312)를 통해 연장하는 자취 곡선(314)을 추가로 포함한다. 따라서, 곡선(300)은 복구 시간 및 요구된 전류 주입각의 모두가 망 지원 시스템(100)의 증가된 전류 주입 정격의 함수로서 상당히 감소하는 것을 나타낸다.

도 4는 모터 실속 보정 시스템, 즉 전력망 지원 시스템(100)(도 1에 도시됨)을 조립하는 예시적인 방법(400)의 흐름도이다. 예시적인 실시예에서, 인버터 기반, 즉 광전지(PV) 전력 발전 디바이스(106)(도 1에 도시됨)는 전력 인버터 어셈블리(108)(도 1에 도시됨)에 연결된다(402). 전력 인버터 어셈블리(108)는 적어도 하나의 유도 모터(도시 생략)에 연결된다(404). 적어도 하나의 제어기(160)(도 1에 도시됨)는 전력 인버터 어셈블리(108)에 작동적으로 연결된다(406). 제어기(160)는 PV 전력 발전 디바이스(106)로부터 전력 인버터 어셈블리(108)로 전류를 전송하도록 프로그램된다(408). 제어기(160)는 또한 전력 인버터 어셈블리(108)로부터 유도 모터로 실제 전류 및 무효 전류를 전송하도록 프로그램된다(410). 제어기(160)는 전력망 주파수 및 전력망 전압 중 적어도 하나의 함수로서 실제 전류 및 무효 전류를 변조하도록 더 프로그램된다(412).

본 명세서에 설명된 실시예는 전력망 지원 시스템을 제공한다. 구체적으로, 광전지(PV) 결함-유도된 지연된 전압 복구(FIDVR) 시스템은 FIDVR 이벤트의 조기의 회피 및 그로부터의 복구를 가능하게 하기 위해 전력망 상의 전압 강하의 범위 및 기간을 감소시키기 위해 전력망 지원 시스템의 하드웨어 및 소프트웨어에서 구현된다. 또한, 구체적으로, 본 명세서에 설명된 실시예는 에어컨(A/C) 압축기-구동 유도 모터에 근접하여 물리적으로 위치된 지붕형 가정용 태양광 패널과 같은 PV 디바이스를 사용한다. 일 실시예에서, 망 지원 시스템은 구속-회전자 또는 실속된 조건으로부터의 해제를 가능하게 하기 위해 실속된 유도 회전자 상에 충분한 토크를 제공하기 위해 망 내에 주입하기 위한 실제 전류 및 무효 전류의 최적의 양을 결정하도록 전력망 주파수 및 전력망 전압을 포함하는 입력을 사용한다. 대안적으로, 다른 실시예에서, 망 지원 시스템은 PV 디바이스와 병렬로 전기적으로 연결된 추가의 전력 소스를 포함한다. 이러한 전력 소스는 용량성 축전기, 배터리 축전기 및/또는 관성 축전기의 임의의 조합을 포함할 수 있어, 이에 의해 전력망 내로의 전류 주입을 증가시키고 그리고/또는 망 지원 시스템이 망 내에 전력을 주입하는 시간 기간을 연장시킨다. 더욱이, 이러한 추가의 전력 소스는 망 지원 시스템의 상위 크기 조절 가능성을 가능하게 한다. 또한, 대안적으로, 추가의 실시예에서, 망 지원 시스템은 그 내부에 구현된 더 복잡한 제어부와, 그를 통해 전송된 전류 및 유도 모터 부하 조건을 증가시키는 망 지원 시스템 전압, 전류, 온도, 외부 명령, 인공 지능, 인버터 및 PV 디바이스 드라이브 특징부를 포함한다. 따라서, 망 지원 시스템은 본 명세서에 설명된 바와 같이, 가정용 및 산업용 고객에 의한 조기의 광범위한 채택을 위한 적당한 잠재성을 갖는 망 범위 이슈에 대한 저비용 해결책을 가능하게 한다.

망 지원 시스템 및 확장된, 감소하는 과도 전압을 가능하게 하기 위해 망 지원 시스템을 작동시키는 방법의 예시적인 실시예가 상세히 전술된다. 망 지원 시스템 및 방법은 본 명세서에 설명된 특정 실시예에 한정되는 것은 아니고, 오히려 망 지원 시스템의 구성 요소 및/또는 방법의 단계는 본 명세서에 설명된 다른 구성 요소 및/또는 단계로부터 독립적으로 개별적으로 이용될 수 있다. 예를 들어, 망 지원 시스템 및 방법은 또한 다른 전력 시스템 및 방법과 조합하여 사용될 수 있고, 단지 본 명세서에 설명된 바와 같은 망 지원 시스템으로 실시하는 것에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 예시적인 실시예는 다수의 다른 망 지원 용례와 관련하여 구현되고 이용될 수 있다.

본 발명의 다양한 실시예의 특정 특징이 몇몇 도면에 도시되고 다른 도면에는 도시되어 있지 않지만, 이는 단지 편의를 위한 것이다. 본 발명의 원리에 따르면, 도면의 임의의 특징이 임의의 다른 도면의 임의의 특징과 조합하여 참조되고 그리고/또는 청구될 수 있다.

이 기술된 설명은 최선의 모드를 포함하여 본 발명을 개시하고, 임의의 디바이스 또는 시스템을 제조하고 사용하는 것과 임의의 통합된 방법을 수행하는 것을 포함하여 당업자가 본 발명을 실시하는 것을 또한 가능하게 하기 위해 예를 사용한다. 본 발명의 특허 가능한 범주는 청구범위에 의해 규정되고, 당업자에게 발생하는 다른 예를 포함할 수 있다. 이러한 다른 예는 이들이 청구범위의 문언과 상이하지 않은 구조 요소를 가지면 또는 이들이 청구범위의 문언과 비실질적인 차이를 갖는 등가의 구조 요소를 포함하면 청구범위의 범주 내에 있는 것으로 의도된다.

100: 망 지원 시스템 102: 전력망
104: PV 전송 시스템 106: PV 발전 디바이스
108: 인버터 어셈블리 110: 2차 전력 소스
112: 전력망 전압 측정 디바이스 114: 전력망 주파수 측정 디바이스
115: 전력망 주파수 신호 116: 전력망 전류 측정 디바이스
117: 전력망 전류 신호 118: 접합부
120: PV 전류 측정 디바이스 122: PV 전류 신호
126: 2차 전력 소스 전류 측정 디바이스
128: 2차 전력 소스 전류 신호
132: 인버터 전류 측정 디바이스 134: 인버터 어셈블리 전류 신호
136: 인버터 어셈블리 전류 140: 전력망 통신 디바이스
142: 2방향 통신 신호 144: 유도 모터 부하 통신 디바이스
146: 유도 모터 부하 조건 신호 148: 외부 제어 디바이스
150: 외부 제어 신호 152: PV 전송 시스템 상태 디바이스
160: 제어기 161: 프로세서
162: 메모리 디바이스 163: 통신 인터페이스

Claims

전력망(102)의 일부분에 연결된 전력망 지원 시스템(100)에 있어서,
적어도 하나의 인버터 기반 전력 발전 디바이스(106) 및 상기 인버터 기반 전력 발전 디바이스에 연결된 전력 인버터 어셈블리(108)를 포함하는 전력 전송 시스템(104)과,
상기 전력 인버터 어셈블리에 작동적으로 연결된 적어도 하나의 프로세서(161)를 포함하고,
상기 프로세서는,
결함-유도된 지연된 전압 복구(FIDVR)로부터 적어도 부분적으로 발생하는 저전압 조건의 기간 중에 상기 전력망의 부분 내로 실제 전류 및 무효 전류 중 적어도 하나를 주입하기 위해 상기 전력 인버터 어셈블리에 적어도 하나의 신호(122/128/134/154)를 전송하고,
적어도 하나의 전력망 조건 피드백 신호(113/115/117/146)의 함수로서 실제 전류 및 무효 전류를 변조하도록 프로그램되는
전력망 지원 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 프로세서(161)는 상기 전력망(102) 내에 주입된 실제 전류 및 무효 전류의 진폭 및 주파수를 변조하도록 더 프로그램되는
전력망 지원 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 프로세서(161)는,
상기 전력망에 연결된 적어도 하나의 전압 측정 디바이스(112),
상기 전력망에 연결된 적어도 하나의 주파수 측정 디바이스(114),
상기 전력망에 연결된 적어도 하나의 전류 측정 디바이스(116) 및
상기 전력 인버터 어셈블리(108)에 연결된 적어도 하나의 전류 측정 디바이스(132) 중 적어도 하나에 작동적으로 연결되는
전력망 지원 시스템.
제 1 항에 있어서,
전력망 통신 디바이스(140)와,
유도 모터 부하 통신 디바이스(144)와,
전력 전송 시스템 상태 디바이스(152) 중 적어도 하나를 더 포함하는
전력망 지원 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 인버터 기반 전력 발전 디바이스(106)와 병렬로 상기 인버터(108)에 연결된 적어도 하나의 추가 전력 발전 디바이스(110)를 더 포함하는
전력망 지원 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 프로세서(161)는 사전 결정된 시간 기간 동안 사전 결정된 전류 파라미터를 초과하여 전류를 전송하기 위해 상기 전력 인버터 어셈블리(108)를 구동하도록 더 프로그램되는
전력망 지원 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 전력 전송 시스템은 가정용 지붕 상에 위치된 적어도 하나의 태양광 패널을 포함하는 광전지(PV) 전력 발전 디바이스(106)를 포함하는
전력망 지원 시스템.
전력망(102) 상의 결함-유도된 지연된 전압 복구(FIDVR)의 제어를 가능하게 하는데 사용되는 제어기(160)에 있어서,
상기 전력망의 주파수(115) 및 상기 전력망의 전압(113) 중 적어도 하나를 저장하도록 구성된 메모리 디바이스(162)와,
상기 메모리 디바이스에 연결되고,
인버터 기반 전력 발전 디바이스(106)로부터 전력 인버터 어셈블리(108)로 전류를 전송하고,
상기 전력 인버터 어셈블리로부터 상기 전력망의 부분으로 실제 전류 및 무효 전류를 전송하도록 프로그램된 프로세서(161)와,
상기 프로세서 및 상기 전력 인버터 어셈블리에 연결된 통신 인터페이스(163)를 포함하고,
상기 통신 인터페이스는,
전력망 주파수 및 전력망 전압 중 적어도 하나의 함수로서 상기 실제 전류 및 상기 무효 전류를 변조하기 위해 상기 전력 인버터 어셈블리에 작동 조정을 전송하도록 구성되는
제어기.
제 8 항에 있어서,
상기 프로세서(161)는 상기 전력망(102) 상의 전압의 감소가 FIDVR에 기인하는 것으로 판정하도록 더 프로그램되는
제어기.
제 8 항에 있어서,
상기 프로세서(161)는,
적어도 하나의 유도 모터가 실속된(stalled) 또는 실속 중인 것(stalling) 중 하나로 판정하고,
상기 유도 모터의 실속을 유도하는 전력망 조건을 감지하는 것 중 적어도 하나를 행하도록 더 프로그램되는
제어기.